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自上世紀 50 年代末發明積體電路以來,去過的幾十年,在摩爾定理的推動下,晶片整合度每隔 18 個月提高一倍,經歷了 mm 到 µm 再到 nm 的進化,目前最新的工藝已發展到 5nm。半個多世紀以來,晶片的效能和複雜度提高了 5000 萬倍,特徵尺寸則縮減到一根頭髮絲直徑的萬分之一。

晶片技術的演進,晶片製造商佔據了舉足輕重的地位。隨著先進製程技術不斷演進,研發、製造成本大幅增加,技術和資金壁壘不斷提高,具備先進製程的廠商數量越來越少。在這些晶圓代工(Foundry)廠之中,臺積電是無可爭議的王者,工藝更先進更成熟,成為各大晶片廠首選代工廠商,全球市場佔有率超過了 50%。7nm 時代,像高通驍龍 865、蘋果 A13 Bionic、華為海思麒麟 990,都不約而同選擇了臺積電為代工廠商。

三星的晶圓代工領域的老二,這些年來一直扮演臺積電追趕者的角色。其實力和臺積電還是有所差距的,但差距不大,特別是 2011 年梁孟松的加入,讓三星在晶片製造工藝上逐漸追趕上了臺積電。

最新的 5nm 工藝製程,臺積電利用其豐富的晶片製造經驗,率先量產 5nm 晶片,為蘋果代工 A14 Bionic 晶片,為華為代工麒麟 9000 晶片。但三星很快也宣佈 5nm 晶片製造投產,並接下代工高通驍龍 888 的大單。

晶片工藝競賽還在繼續,臺積電有望在今年下半年開始 3nm 工藝晶片的風險生產,屆時將生產 3 萬塊先進工藝晶片。這與半年前的報道相似,說明臺積電的 3nm 工藝按原計劃穩步進行。按照臺積電的計劃,3nm 工藝 2021 年開始風險試產,2022 年下半年大規模投產,設定的產能是每月 5.5 萬片。隨後就將逐步提升,2023 年的月產能將提升到 10 萬片。

臺積電 3nm 工藝準備了四波產能,其中首波產能中的大部分將留給他們的大客戶蘋果。與 5nm 工藝晶片相比,臺積電 3nm 晶片在效能和功耗分別提升了 15% 和 30%。

分析認為,明年的新款 iPhone 將使用 A14 晶片,將基於臺積電 4nm 工藝製造。而 3nm 工藝將用在後年的 A17 晶片上。

先進製程遠沒有終點,臺積電已走在探索 1nm 製程的道路上。前不久,臺積電和交大聯手,開發出全球最薄,厚度僅有 0.7nm 的超薄 2D 半導體材料絕緣體,可望藉此進一步開發出 2nm 甚至 1nm 的電晶體通道。報道稱,臺積電正在籌集更多資金,目的是向 ASML 購入更多更先進製程的 EUV 光刻機,而這些都是為了 1nm 新制程做好準備。臺積電還在為 2nm 後的先進製程持續尋找設廠地域,包括橋頭科、路竹科,這些均在臺積電評估中長期投資設廠的考量之列。

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